Wärmebeständigkeit von Stanyl®

In seiner Wärmebeständigkeit ist Stanyl vergleichbar mit anderen Hochtemperaturpolymeren, wie PPS, PSU, PEI und LPC, und übertrifft deutlich gängige technische Kunststoffe, wie PA6, PA66 oder Polyester. Stanyl hebt sich von diesen Materialien ab, indem es seine mechanische Leistungsfähigkeit über den gesamten Temperaturbereich hinweg beibehält – ein kritischer Faktor in der heutigen Hightech-Welt, wo die Belastbarkeit in einem breiten Temperaturband oft von entscheidender Bedeutung ist.

Beim Konstruieren mit Thermoplasten müssen die Materialeigenschaften das kritische Leistungsniveau der Anwendung unter einer Reihe gegebener Umgebungsbedingungen erfüllen. Die meisten Eigenschaften bauen bei zunehmender Temperatur ab, und das Material altert in der Wärme. Bei hohen Einsatztemperaturen ist je nach Anwendung folglich die kurz- und/oder langzeitige Wärmebeständigkeit in Betracht zu ziehen.

Kurzzeitige Wärmebeständigkeit
Ein Anhaltspunkt für die kurzzeitige Wärmebeständigkeit eines Materials ist dessen Steifigkeit und Festigkeit bei erhöhten Temperaturen, wie zwischen 100 und 290 °C. Dies sollte auch maßgeblich für die Konstruktion sein, da die Werte bei Raumtemperatur selbst nach Feuchtigkeitsaufnahme noch generell viel höher liegen.

Biegemodul in Abhängigkeit von der Temperatur
Schmelzpunkt und Wärmeformbeständigkeit (HDT) bieten einen weiteren guten Anhalt für die Beständigkeit eines belasteten Bauteils gegen Temperaturspitzen. Als Wärmeformbeständigkeit gilt diejenige Temperatur, bei der sich ein Prüfstab unter definierter Belastung bis zu einem vorgegebenen Maß verformt. Dies entspricht einem bestimmten Steifigkeitsniveau bei dieser Temperatur. Aufgrund seines ausgezeichneten Steifigkeitserhalts bei erhöhten Temperaturen weist Stanyl HDT-Werte von 190 °C für unverstärkte und von 290 °C für verstärkte Typen auf – Beides über dem Niveau anderer technischer Kunststoffe oder Hochleistungsmaterialien.

Wärmeformbeständigkeit (HDT) von Stanyl gegenüber Flüssigkristallpolymeren (LCP)

Langzeit-Wärmebeständigkeit
Konstrukteure brauchen Gewissheit über die Leistungseigenschaften des Endprodukts und damit des Materials bis zum Ende seiner Nutzdauer, die oft Tausende Stunden der Wärmeeinwirkung in sauerstoffhaltiger Umgebung umfasst. Die charakteristische Beständigkeit gegen Wärme- oder Luftalterung lässt sich auf mehrere Weise ausdrücken. Typische Größen sind Festigkeit, Steifigkeit, Schlagzähigkeit oder Bruchdehnung nach Wärmealterung, gemessen bei Raum- oder erhöhten Temperaturen.

Die Ergebnisse dieser Messungen können wiederum auf unterschiedliche Art dargestellt werden: Als relativer Eigenschaftserhalt bzw. durch relative Kennwerte wie Dauergebrauchstemperatur (CUT) und Relativer Temperaturindex (RTI), oder mit dem absolutrealen Betriebswert (ARO) der gemessenen Eigenschaft, beispielsweise 150 °C nach einigen Tausend Stunden Alterung bei 150 °C.

Positionierung von Thermoplasten nach dem ARO-Prinzip

Die Dauergebrauchs- oder Dauereinsatztemperatur wird häufig zur Materialwahl in der Kfz-Industrie herangezogen. Sie ist diejenige Temperatur, bei der eine bestimmte mechanische Eigenschaft – meist die Zugfestigkeit oder die Schlagzähigkeit – innerhalb eines definierten Zeitraums von normalerweise 500, 1.000, 5.000, 10.000 oder 20.000 Stunden um 50 % abnimmt. Steifigkeit und Zugdehnung sind für CUT-Messungen ungeeignet, da erstere nach Wärmealterung zunimmt, während letztere bei allen Materialien zu steil und undifferenzierbar abfällt. 30 % glasfaserverstärktes Stanyl hat eine CUT von 175 °C, gemessen anhand der Zugfestigkeit (50 % Verlust) nach 5.000 Stunden Alterung bei 175 °C.

Beständigkeit gegen Wärmealterung nach CUT, ARO und Steifigkeit bei erhöhten Temperaturen für Stanyl und Wettbewerbspolyamide (GF30 bis GF33)

Der in der Elektrontechnik & Elektronik bevorzugte Relative Temperaturindex gemäß UL kann bis zu einem gewissen Grad als CUT für sehr lange Halbwertzeiten zwischen 60.000 und 100.000 Stunden betrachtet werden. Der RTI für stabilisiertes Stanyl mit 30 % Glasfaserverstärkung ist 140 °C.

Der Absolutreale Betriebswert (ARO) nach Wärmealterung erlaubt dem Konstrukteur einen realistischeren Materialvergleich. Er überwindet die eingeschränkte Aussagefähigkeit der CUT- und RTI-Werte, die lediglich den Eigenschaftserhalt berücksichtigen und nach Wärmealterung, aber bei Raumtemperatur gemessen werden. Bestimmte Materialien, wie PPS, die mit einem sehr niedrigen Ausgangswert beginnen und diesen weitgehend beibehalten (siehe Bild unten), schneiden im CUT-Vergleich besser als andere Materialien ab, die einen höheren Ausgangswert haben, der deutlicher abnimmt. Trotzdem können letztere nach Wärmealterung die höheren Absolutwerte aufweisen.

Während die CUT außerdem auf Eigenschaftsmessungen bei Raumtemperatur basiert, sind die kritischeren Konstruktionsmaßstäbe in erhöhten Temperaturbereichen zu erwarten.

Zugfestigkeit von Stanyl und Wettbewerbsthermoplasten bei 23 °C nach Wärmealterung bei 150 °C

Die Tabelle und das vorstehende Bild illustrieren die Überlegenheit von Stanyl gegenüber PA66, PPA und PPS beim Vergleich der ARO-Werte nach Wärmealterung bei 150 °C.

Absolute Zugfestigkeit von Stanyl und Wettbewerbsthermoplasten bei realen Betriebstemperaturen (150 °C) nach Erwärmung auf 150 °C